(57)【要約】【課題】本発明は、水性ガスシフト反応を利用して排気ガス中のＮＯｘを還元しつつ、ＥＧＲ配管を腐食から保護することを目的とする。【解決手段】エンジン１０は、ＥＧＲ通路３６、ＥＧＲバルブ３８等を備える。ＥＣＵ７０は、所定の実行条件（Ａ）〜（Ｃ）が成立した場合に、空燃比弱リッチ制御を実行する。空燃比弱リッチ制御では、目標空燃比を弱リッチ側の所定範囲に設定しつつ、空燃比フィードバック制御を実行し、水性ガスシフト反応によりＮＯｘを還元する。しかし、ＮＯｘの還元反応では、アンモニアが発生し、アンモニアの化合物がＥＧＲ通路３６の配管を腐食させることがある。このため、ＥＣＵ７０は、空燃比弱リッチ制御の実行時に、ＥＧＲバルブ３８を閉弁してＥＧＲ制御を禁止する。これにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化しつつ、ＥＧＲ通路３６の配管が腐食するのを抑制することができる。【選択図】図９
2013221490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスを浄化する触媒と、
前記触媒の下流側から吸気系に排気ガスを還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの量を調整するＥＧＲバルブと、
前記触媒の少なくとも上流側で排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
目標空燃比を理論空燃比に対して弱リッチ側に設定し、前記空燃比検出手段の出力に基いて排気空燃比が前記目標空燃比と一致するように制御する空燃比弱リッチ制御手段と、
前記空燃比弱リッチ制御手段が作動する場合に、前記ＥＧＲバルブを閉弁する弱リッチ時ＥＧＲ停止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段を備え、
前記弱リッチ時ＥＧＲ停止手段は、前記空燃比弱リッチ制御手段の作動時であって、かつ、燃料中のアルコール濃度が所定のＥＧＲ停止濃度よりも高い場合に、前記ＥＧＲバルブを閉弁する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
燃料中のアルコール濃度、始動時の水温、触媒温度及び排気空燃比のうち少なくとも１つのパラメータに基いて、排気ガス中におけるアンモニアの発生量が許容限度を超えるか否かを判定する判定手段を備え、
前記弱リッチ時ＥＧＲ停止手段は、前記空燃比弱リッチ制御手段の作動時であって、かつ、前記判定手段により排気ガス中におけるアンモニアの発生量が許容限度を超えると判定された場合に、前記ＥＧＲバルブを閉弁する構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
燃料中のアルコール濃度が高いほど、前記空燃比弱リッチ制御手段により設定される目標空燃比をリッチ側に変化させる目標空燃比可変手段を備えてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば排気ガスを触媒の下流側から吸気系に還流させるＥＧＲ機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２０１０−２３６４５０号公報）に開示されているように、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属と、セリア（ＣeＯ2）等の酸素吸蔵物質とを含有する触媒（例えば、三元触媒等）を備えた内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、空燃比を弱リッチに制御することにより、触媒上で水性ガスシフト反応を生じさせ、この反応の生成物である水素ガス（Ｈ2）を還元剤としてＮＯｘ浄化を実行する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３６４５０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３１６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、水素によりＮＯｘを還元できるが、この還元反応の過程でアンモニア（ＮＨ3）が生じる。このため、触媒の下流側から吸気系に排気ガスを還流させるＥＧＲ機構を備えたシステムの場合には、アンモニアがＥＧＲ配管に流入し、これによってＥＧＲ配管が腐食する虞れがある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、水性ガスシフト反応を利用して排気ガス中のＮＯｘを還元しつつ、ＥＧＲ配管を腐食から保護することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスを浄化する触媒と、
前記触媒の下流側から吸気系に排気ガスを還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの量を調整するＥＧＲバルブと、
前記触媒の少なくとも上流側で排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
目標空燃比を理論空燃比に対して弱リッチ側に設定し、前記空燃比検出手段の出力に基いて排気空燃比が前記目標空燃比と一致するように制御する空燃比弱リッチ制御手段と、
前記空燃比弱リッチ制御手段が作動する場合に、前記ＥＧＲバルブを閉弁する弱リッチ時ＥＧＲ停止手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段を備え、
前記弱リッチ時ＥＧＲ停止手段は、前記空燃比弱リッチ制御手段の作動時であって、かつ、燃料中のアルコール濃度が所定のＥＧＲ停止濃度よりも高い場合に、前記ＥＧＲバルブを閉弁する構成としている。
【０００８】
第３の発明は、燃料中のアルコール濃度、始動時の水温、触媒温度及び排気空燃比のうち少なくとも１つのパラメータに基いて、排気ガス中におけるアンモニアの発生量が許容限度を超えるか否かを判定する判定手段を備え、
前記弱リッチ時ＥＧＲ停止手段は、前記空燃比弱リッチ制御手段の作動時であって、かつ、前記判定手段により排気ガス中におけるアンモニアの発生量が許容限度を超えると判定された場合に、前記ＥＧＲバルブを閉弁する構成としている。
【０００９】
第４の発明は、燃料中のアルコール濃度が高いほど、前記空燃比弱リッチ制御手段により設定される目標空燃比をリッチ側に変化させる目標空燃比可変手段を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、空燃比弱リッチ制御を実行する場合には、ＥＧＲバルブを閉弁し、ＥＧＲ制御を一旦停止させることができる。この結果、ＮＯｘの還元反応により生じるＮＨ4Ｃｌ等の腐食性成分がＥＧＲ通路に流入するのを防止し、ＥＧＲ通路の配管がＮＨ4Ｃｌ等によって腐食されるのを抑制することができる。従って、ＥＧＲ通路を腐食から保護し、耐久性を向上させることができる。
【００１１】
第２の発明によれば、弱リッチ時ＥＧＲ停止手段は、空燃比弱リッチ制御の実行時であって、燃料中のアルコール濃度が所定のＥＧＲ停止濃度よりも高い場合に、ＥＧＲバルブを閉弁することができる。これにより、ＥＧＲ制御を実行すると配管の腐食が進行し易い場合にのみ、ＥＧＲ制御を停止させることができ、当該制御を出来るだけ制限せずに済むので、ＥＧＲ通路を腐食から保護しつつ、ＥＧＲ制御によるＮＯｘの低減効果を最大限に発揮することができる。
【００１２】
第３の発明によれば、アンモニアの発生量が反映されるパラメータに基いて、ＥＧＲ制御の実行及び停止（ＥＧＲバルブの開弁及び閉弁）を判定することができる。これにより、ＥＧＲ制御の実行機会を十分に確保しながらも、アンモニアの発生量が多い場合には、ＥＧＲバルブを閉弁してＥＧＲ配管を腐食から確実に保護することができる。
【００１３】
第４の発明によれば、目標空燃比可変手段は、燃料中のアルコール濃度に基いて目標空燃比を可変に設定し、排気ガス中の水分量に対応する適切な量の一酸化炭素を発生させることができる。これにより、空燃比弱リッチ制御の実行時には、水性ガスシフト反応を効率よく進行させ、ＮＯｘの排出量を更に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。
【図２】各温度におけるアルコール燃料の蒸留特性を示す特性線図である。
【図３】空燃比弱リッチ制御により生じる水性ガスシフト反応等を模式的に示す説明図である。
【図４】複数の排気空燃比において、触媒温度と排気エミッションとの関係を示す特性線図である。
【図５】エタノールからアルデヒドを経由して水素が発生する反応を模式的に示す説明図である。
【図６】燃料中のアルコール濃度と水分の発生量との関係を示す特性線図である。
【図７】アルコール濃度に基いて目標空燃比を設定するためのデータマップである。
【図８】アンモニアから腐食性成分が生じる反応を模式的に示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図９を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、例えばＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）等の車両に搭載される内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０は、エタノール等のアルコール成分を含むアルコール燃料、及びガソリン等の非アルコール燃料が使用可能となっている。なお、以下の説明では、燃料中のアルコール成分として、エタノールを例に挙げて説明する。また、図１は、エンジン１０に搭載された複数気筒のうち１気筒のみを例示したもので、本発明は、単気筒を含む任意の気筒数の内燃機関に適用されるものである。
【００１６】
エンジン１０の各気筒には、ピストン１２により燃焼室１４が形成されており、ピストン１２はクランク軸１６に連結されている。燃焼室１４には、吸気ポート及び排気ポートが開口している。各気筒の吸気ポートには、吸入空気を吸込む吸気通路１８が接続されており、各気筒の排気ポートには、排気ガスを排出する排気通路２０が接続されている。また、吸気通路１８には、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられており、排気通路２０には、排気ガスを浄化する触媒２４が設けられている。触媒２４は、三元触媒等により構成され、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属と、ＣeＯ2等の酸素吸蔵物質とを含有している。また、エンジンの各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁２６と、混合気に点火する点火プラグ２８と、吸気ポートを開閉する吸気バルブ３０と、排気ポートを開閉する排気バルブ３２とが設けられている。
【００１７】
また、エンジン１０には、触媒２４の下流側から吸気系に排気ガス（ＥＧＲガス）を還流させるＥＧＲ機構３４が搭載されている。ＥＧＲ機構３４は、ＥＧＲ通路３６とＥＧＲバルブ３８とを備えている。ＥＧＲ通路３６は、触媒２４の下流側から吸気通路１８に排気ガスを還流させるもので、一端側が触媒２４の下流側で排気通路２０に接続され、他端側が吸気通路１８に接続されている。ＥＧＲバルブ３８は、ＥＧＲ通路３６を流れるＥＧＲガスの量を調整する。また、ＥＧＲ通路３６には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４０が設けられている。
【００１８】
さらに、本実施の形態のシステムは、エンジン及び車両の運転に必要な各種のセンサにより構成されたセンサ系統と、エンジンの運転状態を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）７０とを備えている。まず、センサ系統について述べると、クランク角センサ５０は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローセンサ５２は吸入空気量を検出し、水温センサ５４はエンジン冷却水の水温を検出する。また、空燃比センサ５６は、触媒２４の上流側に配置され、排気空燃比を連続的に変化する値として検出する。一方、酸素濃度センサ５８は、触媒２４の下流側に配置され、排気空燃比が理論空燃比に対してリッチとリーンの何れであるかを検出するもので、これらのセンサ５６，５８は空燃比検出手段を構成している。さらに、触媒温度センサ６０は、触媒２４の温度（床温）を検出する。また、アルコール濃度センサ６２は、燃料中のアルコール濃度を検出するもので、アルコール濃度検出手段を構成している。センサ系統には、この他にも、スロットル開度を検出するスロットルセンサ、運転者のアクセル操作量を検出するアクセルセンサ等が含まれている。
【００１９】
ＥＣＵ７０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等からなる記憶回路と入出力ポートとを備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ７０の入力側には、センサ系統の各センサが接続されている。ＥＣＵ７０の出力側には、スロットルバルブ２２、燃料噴射弁２６、点火プラグ２８、ＥＧＲバルブ３８等のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ７０は、センサ系統により検出したエンジンの運転情報に基いて各アクチュエータを駆動し、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ５０の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサ５２により吸入空気量を検出する。また、エンジン回転数と吸入空気量とに基いて負荷（負荷率）を算出し、吸入空気量、負荷、水温、燃料中のアルコール濃度等に基いて燃料噴射量を算出すると共に、クランク角に基いて燃料噴射時期及び点火時期を決定する。そして、燃料噴射時期が到来した時点で燃料噴射弁２６を駆動し、点火時期が到来した時点で点火プラグ２８を駆動する。これにより、各気筒で混合気を燃焼させ、エンジンを運転する。
【００２０】
また、ＥＣＵ７０は、エンジンの運転状態に応じて空燃比フィードバック制御及びＥＧＲ制御を実行する。空燃比フィードバック制御では、空燃比センサ５６及び酸素濃度センサ５８の出力に基いて、排気空燃比が目標空燃比と一致するように燃料噴射量をフィードバック制御する。なお、この空燃比フィードバック制御には、後述の空燃比弱リッチ制御が含まれている。また、本発明では、酸素濃度センサ５８を搭載せず、空燃比センサ５６のみを用いて空燃比フィードバック制御を実行する構成としてもよい。一方、ＥＧＲ制御では、エンジンの運転状態に応じてＥＧＲバルブ３８の開度を調整し、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路３６から吸気通路１８に還流させる。
【００２１】
［実施の形態１の特徴］
図２は、各温度におけるアルコール燃料（エタノール燃料）の蒸留特性を示す特性線図である。この図において、Ｅｎ（ｎ＝０〜１００％）は、エタノール濃度がｎ％である燃料を意味している。即ち、Ｅ０は、エタノール濃度が零である非アルコール燃料を意味し、Ｅ１００は、エタノール濃度が１００％の燃料を意味している。図２に示すように、アルコール燃料は、燃料中のアルコール濃度が高いほど、単一的な蒸留特性をもつようになり、低温時に気化し難くなる。従って、アルコール燃料の使用時には、非アルコール燃料と比較して低温時の燃焼性及び排気エミッションが悪化し易い。このため、本実施の形態では、下記の空燃比弱リッチ制御を実行することにより、高濃度のアルコール燃料を使用した場合でも、非アルコール燃料と同等の排気エミッションを実現するようにしている。
【００２２】
（空燃比弱リッチ制御）
一般に、三元触媒等の触媒２４は、理論空燃比の近傍に位置する所定の空燃比範囲（浄化ウィンドウ）において、排気浄化能力を有効に発揮する。浄化ウィンドウの中心位置となる空燃比は、理論空燃比よりも若干リッチ側（弱リッチ）となっている。空燃比弱リッチ制御では、目標空燃比を理論空燃比に対して弱リッチ側の所定範囲（例えば、浄化ウィンドウの中心位置となる空燃比）に設定し、この目標空燃比に基いて空燃比フィードバック制御を実行する。なお、空燃比弱リッチ制御の実行条件については後述するが、少なくとも、燃料中のアルコール濃度が所定の高濃度判定値以上となった場合に、空燃比弱リッチ制御を実行する。本制御によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
【００２３】
まず、燃料中のエタノール濃度が高い状態で、空燃比弱リッチ制御を実行した場合には、燃焼によって多量の水分が発生する。このときの水分発生量は、下記化１の式に示す水（Ｈ２Ｏ）の係数で比較すると、例えば６．６６→１０．３２のようにガソリンの燃焼時と比較して約１．５倍となる。
【００２４】
【化１】
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【００２５】
このように、排気ガス中の水分が増加すると、リッチ雰囲気下で増加する一酸化炭素が水分と反応し、下記化２式に示す水性ガスシフト反応が促進される。水性ガスシフト反応によれば、強い還元力を有する水素が発生するので、図３に示すＮＯｘの還元反応を促進し、ＮＯｘの排出量を低減することができる。なお、図３は、空燃比弱リッチ制御により生じる水性ガスシフト反応等を模式的に示す説明図である。
【００２６】
[化２]
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2
【００２７】
次に、空燃比弱リッチ制御に適した空燃比の範囲について説明する。図４は、複数の排気空燃比において、触媒温度と排気エミッションとの関係を示す特性線図である。図中の「λ０．９１」、「λ０．９５」、「λ０．９８」とは、それぞれ排気空燃比λが０．９１、０．９５、０．９８となるように制御した場合を示している。また、この図は、高濃度のエタノール燃料（Ｅ８５）を使用した場合に得られるものである。図４から判るように、排気空燃比が０．９５未満の場合には、触媒２４のリッチ被毒が生じ、触媒中の貴金属がＨＣ及びＣＯにより覆われてしまうので、水性ガスシフト反応が阻害される。また、排気空燃比が０．９８以上の場合には、一酸化炭素の発生量が少ないために水性ガスシフト反応が進行し難くなる。従って、空燃比弱リッチ制御では、排気空燃比λを弱リッチ側の所定範囲（０．９８＞λ≧０．９５）で制御するのが好ましい。即ち、目標空燃比は、この範囲内で設定すればよい。
【００２８】
また、空燃比弱リッチ制御の実行時には、弱リッチ雰囲気となるので、アルコールの燃焼過程の途中で生じるアルデヒド類の酸化が不完全となり、発生する水素の量が更に増加する。図５は、エタノールからアルデヒドを経由して水素が発生する反応を模式的に示す説明図である。なお、この図に示すＣｚとは、セリア（ＣeＯ2）とジルコニア（ＺrＯ2）との固溶体であるＣｚ担体を表している。図５に示すように、弱リッチ雰囲気下（例えば、λ＝０．９５）では、エタノールから発生したアルデヒドが触媒の担体及び貴金属の表面で酸化し、二酸化炭素と水素原子（Ｈ）に変化する。そして、この水素原子は、貴金属上に堆積しつつ結合して水素分子となり、ＮＯｘの還元反応を促進する。一方、排気空燃比λが弱リッチ側の所定範囲から外れた場合（例えば、λ＝０．９８）には、水素が発生しなくなる。
【００２９】
以上のように、空燃比弱リッチ制御によれば、水性ガスシフト反応及びアルデヒド類の不完全燃焼により、多量の水素を発生させることができる。そして、この水素を還元剤として利用することにより、ＮＯｘの還元反応を促進し、ＮＯｘの排出量を低減することができ、排気エミッションを向上させることができる。
【００３０】
（空燃比弱リッチ制御の実行条件）
次に、空燃比弱リッチ制御の開始時に満たされるべき実行条件について説明する。空燃比弱リッチ制御は、下記の実行条件（Ａ）〜（Ｃ）の全てが成立した場合に実行するのが好ましい。
（Ａ）始動時の水温が所定の低温判定値（例えば４０℃）以下であること
（Ｂ）燃料中のアルコール濃度が所定の高濃度判定値（例えば５０％）以上であること
（Ｃ）触媒温度（床温）が所定の低温範囲（例えば、２１０℃〜２７０℃）であること
【００３１】
本実施の形態では、特に冷間始動後の触媒暖機過程において、空燃比弱リッチ制御によりＮＯｘ排出量を低減することを目的としており、前記実行条件（Ａ）は、冷間始動後の触媒暖機過程であることを判定するための条件である。また、水性ガスシフト反応は、排気ガス中の水分が多いほど促進される。一方、排気ガス中の水分量は、図６に示すように、燃料中のアルコール濃度が高くなるにつれて線形的に増加するので、アルコール濃度が高い場合には、水性ガスシフト反応を促進するのに十分な量の水分が発生する。このため、前記実行条件（Ｂ）に記載した高濃度判定値は、例えば水性ガスシフト反応を促進するのに十分な量の水分が生じるアルコール濃度の下限値に対応して設定される。なお、図６は、燃料中のアルコール濃度と水分の発生量との関係を示す特性線図である。
【００３２】
また、図４において、例えばλ＝０．９５の場合には、触媒温度が２１０℃〜２７０℃の範囲に収まっているときに、ＮＯｘの量が効果的に低減される。即ち、空燃比弱リッチ制御は、前記実行条件（Ｃ）が成立した状態で実行されることにより、ＮＯｘの排出量を効率よく低減することができる。なお、本実施の形態では、前記実行条件（Ａ）〜（Ｃ）が全て成立した場合に、空燃比弱リッチ制御を実行する構成としたが、本発明はこれに限らず、実行条件（Ａ）〜（Ｃ）のうち何れか１つまたは２つの条件が成立した場合に、空燃比弱リッチ制御を実行する構成としてもよい。また、実行条件（Ａ）〜（Ｃ）で示した具体的な数値（４０℃、５０％、２１０℃〜２７０℃）は、単なる一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。これらの数値は、エンジンやの仕様や触媒２４の仕様（貴金属の量、担体の種類、触媒のサイズ等）に応じて適切な値に設定すればよい。
【００３３】
（目標空燃比可変制御）
目標空燃比可変制御では、空燃比弱リッチ制御が実行されているときに、燃料中のアルコール濃度が高いほど、目標空燃比をリッチ側に変化させる。ＥＣＵ７０には、アルコール濃度に基いて目標空燃比を設定するためのデータマップ（図７参照）が予め記憶されている。水分の発生量は、燃料中のアルコール濃度が高いほど増加するが、前記（２）式の水性ガスシフト反応を効率よく進行させるためには、水分が増加した分だけ一酸化炭素を増加させる（即ち、排気空燃比をリッチ化する）のが好ましい。
【００３４】
このため、目標空燃比は、図７のデータマップに基いて、アルコール濃度が高いほどリッチ側に設定される。但し、このデータマップは、前記実行条件（Ａ）〜（Ｃ）が成立する範囲、即ち、空燃比弱リッチ制御が実行される場合にのみ使用される。また、空燃比をリッチ化すると炭化水素（ＨＣ）の排出量が増加するので、上記データマップにより得られる目標空燃比は、ＨＣ及びＮＯｘの排出量が最小となるように適合される。即ち、例えばＨＣの増加が顕著となる所定値ａ以上のアルコール濃度では、目標空燃比を一定値に向けて緩やかに収束させる。さらに、上記データマップは、目標空燃比が前述した弱リッチ側の所定範囲内に収まるように設定されている。
【００３５】
目標空燃比可変制御によれば、燃料中のアルコール濃度に基いて目標空燃比を可変に設定し、排気ガス中の水分量に対応する適切な量の一酸化炭素を発生させることができる。これにより、水性ガスシフト反応を効率よく進行させ、ＮＯｘの排出量を更に低減させることができる。なお、ＮＯｘの還元反応では、図３に示すように、副生成物としてアンモニアが生成される。アンモニアの発生量は、燃料中のアルコール濃度に応じて変化するものの、触媒温度には大きく影響されない。このため、空燃比弱リッチ制御の実行時（前記実行条件（Ｃ）の成立時）には、目標空燃比をアルコール濃度のみに基いて変化させればよく、触媒温度に基いて変化させなくてもよい。
【００３６】
上述したように、空燃比弱リッチ制御によれば、水素によりＮＯｘを還元できるが、還元反応の過程でアンモニアが発生する。この現象は、燃料中のアルコール濃度が高い場合に顕著となる。そして、アンモニアの発生量が増加した状態で、塩素（Ｃｌ）等の粗悪成分が存在すると、ＮＨ4Ｃｌ等の腐食性成分が生じ易くなる。図８は、アンモニアから腐食性成分が生じる反応を模式的に示す説明図である。詳しく述べると、燃料中に混入している塩素は、アンモニアが存在しなければ、排気ガス中で蒸発して外部に排出される。しかし、排気ガス中に塩素と共にアンモニアが存在すると、これらの成分は、図８に示すように、排気ガスから生じる凝縮水中でＮＨ4＋とＣｌ−となって反応し、凝縮水が蒸発した後にＮＨ4Ｃｌとなって残留する。この反応は、比較的低温なＥＧＲ通路３６の配管部（ＥＧＲ配管）で生じ易く、残留したＮＨ4ＣｌによりＥＧＲ配管が腐食されて損傷する虞れがある。
【００３７】
（弱リッチ時ＥＧＲ停止制御）
このため、本実施の形態では、空燃比弱リッチ制御を実行する場合に、弱リッチ時ＥＧＲ停止制御を実行し、ＥＧＲバルブ３８を閉弁する構成としている。これにより、ＮＯｘの還元時には、ＥＧＲ制御を一旦停止し、ＮＨ4Ｃｌ等の腐食性成分がＥＧＲ通路３６に流入するのを防止することができる。従って、ＥＧＲ配管が腐食されるのを抑制し、ＥＧＲ機構３４の耐久性を向上させることができる。
【００３８】
但し、ＥＧＲ制御の実行を制限し過ぎると、ＥＧＲ制御によるＮＯｘの低減効果が減少する虞れがある。このため、弱リッチ時ＥＧＲ停止制御では、空燃比弱リッチ制御の実行時であって、かつ、燃料中のアルコール濃度が所定のＥＧＲ停止濃度よりも高い場合に、ＥＧＲバルブ３８を閉弁する構成としてもよい。詳しく述べると、ＥＧＲ制御の実行頻度は、燃料中のアルコール濃度が高いほど増加する傾向がある。従って、アルコール濃度が高い場合には、ＥＧＲ制御の実行頻度が増加するので、ＥＧＲ制御をある程度制限しても、ＮＯｘの低減効果は十分に発揮される。一方、アルコール濃度が低下して、ＥＧＲ制御の実行頻度が大きく減少した場合には、ＥＧＲ配管にアンモニア等が流入しても、腐食が余り進行しない状態となる。
【００３９】
このため、前記ＥＧＲ停止濃度は、例えばＥＧＲ配管の腐食が進行しない程度までＥＧＲ制御の実行頻度が減少するようなアルコール濃度に対応して設定する構成としてもよい。また、本実施の形態では、アルコール濃度に基いてＮＯｘの還元量（アンモニアの発生量）がどの程度であるかを判定し、アンモニアの発生量が許容限度を超える場合にのみ、ＥＧＲバルブ３８を閉弁する構成としてもよい。これらの構成によれば、ＥＧＲ制御を実行すると配管の腐食が進行し易い場合にのみ、ＥＧＲ制御を停止させることができ、当該制御を出来るだけ制限せずに済むので、ＥＧＲ通路を腐食から保護しつつ、ＥＧＲ制御によるＮＯｘの低減効果を最大限に発揮することができる。
【００４０】
なお、ＥＧＲ停止濃度は、空燃比弱リッチ制御の実行条件（Ｂ）に記載された高濃度判定値（例えば５０％）よりも高い濃度に設定するのが好ましい。そして、この場合には、例えば後述する図９中のステップ１１２とステップ１１４との間に、燃料中のアルコール濃度がＥＧＲ停止濃度よりも高いか否かを判定するステップ１１３を挿入し、このステップ１１３の判定が成立した場合にのみ、ステップ１１４以降の処理を実行する構成とすればよい。また、本発明では、上記ステップ１１３の判定結果のみに基いて弱リッチ時ＥＧＲ停止制御の実行及び停止を判断する構成としてもよく、この場合には、ステップ１１４の処理を除去すればよい。
【００４１】
さらに、空燃比弱リッチ制御を実行しなければ、アンモニアの発生量が増加しないので、前記ＥＧＲ停止濃度は、空燃比弱リッチ制御の実行条件（Ｂ）に記載された高濃度判定値（例えば５０％）と一致させる構成としてもよい。この構成によれば、低アルコール濃度側では、弱リッチ時ＥＧＲ停止制御と空燃比弱リッチ制御とを同期させて実行することができる。さらに言えば、本実施の形態では、前記実行条件（Ａ）〜（Ｃ）の全てが成立した場合にのみ、弱リッチ時ＥＧＲ停止制御を実行する構成としてもよい。
【００４２】
また、ＥＧＲ通路３６に対するアンモニアの流入を抑制するためには、燃料中のアルコール濃度、始動時の水温、触媒温度及び排気空燃比のうち少なくとも１つのパラメータに基いて、ＥＧＲ制御の実行及び停止（ＥＧＲバルブ３８の開弁及び閉弁）を判定する構成としてもよい。これらのパラメータは、排気ガス中におけるアンモニアの発生量が反映されるものである。具体例を挙げると、始動時の水温が所定の水温判定値よりも低い場合や、触媒温度が所定の触媒温度判定値よりも低い場合には、アンモニアの発生量が許容限度を超えると判定し、ＥＧＲバルブ３８を閉弁する。この構成によれば、ＥＧＲ制御の実行機会を十分に確保しながらも、アンモニアの発生量が多い場合には、ＥＧＲバルブ３８を閉弁してＥＧＲ配管を腐食から確実に保護することができる。なお、アルコール濃度及び触媒温度については、センサにより検出せずに、エンジンの運転状態に基いて公知の方法により推定してもよい。
【００４３】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図９を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図９は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。図９に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、エンジンの始動要求があるか否かの判定、即ち、始動時（始動直後）であるか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ１０２に移行し、各種のセンサ出力（燃料中のアルコール濃度、始動時の水温等）を取得する。また、ステップ１００の判定が不成立の場合には、同判定が成立するまで待機する。
【００４４】
次に、ステップ１０４では、前述した空燃比弱リッチ制御の実行条件（Ａ）及び（Ｂ）が成立するか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップ１０６に移行して触媒温度を取得（検出または推定）する。また、ステップ１０４の判定が不成立の場合には、空燃比弱リッチ制御を実行しないので、本ルーチンを終了する。
【００４５】
次に、ステップ１０８では、触媒温度が前記所定の低温範囲（２１０℃〜２７０℃）に収まっているか否かを判定する。即ち、ステップ１０８では、低温範囲の下限値Ｔ１＜触媒温度＜低温範囲の上限値Ｔ２が成立するか否かを判定する。この判定が不成立の場合には、同判定が成立するまで待機する。また、ステップ１０８の判定が成立した場合には、空燃比弱リッチ制御の実行条件（Ｃ）が成立したので、ステップ１１０，１１２において、空燃比弱リッチ制御を実行する。
【００４６】
詳しく述べると、空燃比弱リッチ制御では、まず、ステップ１１０において、目標空燃比を設定する。この目標空燃比は、前述したように、弱リッチ側の所定範囲に設定されると共に、目標空燃比可変制御により燃料中のアルコール濃度が反映されたものとなる。また、ステップ１１２では、空燃比センサ５６の出力に基いて、排気空燃比が前記目標空燃比と一致するように、燃料噴射量を設定する。
【００４７】
次に、ステップ１１４では、前述したように、燃料中のアルコール濃度、始動時の水温、触媒温度及び排気空燃比のうち少なくとも１つのパラメータに基いて、排気ガス中におけるアンモニアの発生量が許容限度を超えるか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ１１６に移行し、ＥＧＲバルブ３８を閉弁してＥＧＲ制御を禁止する。これにより、ＥＧＲ配管を腐食から保護することができる。また、ステップ１１８では、触媒温度が前記低温範囲の上限値Ｔ２以上であるか否かを判定し、この判定が成立した場合には、触媒２４の暖機が進行したので、本ルーチンを終了する。本ルーチンの終了時には、ＥＧＲ制御の禁止が解除され、従来制御に移行する。また、ステップ１１８の判定が不成立の場合には、この判定が成立するまでステップ１１６，１１８の処理を繰返す。
【００４８】
なお、前記実施の形態１では、図９中のステップ１１０，１１２が請求項１における空燃比弱リッチ制御手段の具体例を示している。また、ステップ１１４，１１６は、請求項１乃至３における弱リッチ時ＥＧＲ停止手段の具体例を示し、このうちステップ１１４は、請求項３における判定手段の具体例を示している。また、ステップ１１０は、請求項４における目標空燃比可変手段の具体例を示している。
【００４９】
また、実施の形態１では、触媒温度センサ６０を用いる場合を例示したが、本発明はこれに限らず、エンジンの運転状態に基いて触媒の温度（床温）を推定する構成としてもよい。具体的に述べると、触媒温度の推定処理では、まず、エンジン回転数と負荷率との関係に基いて触媒の基本温度を求めるためのデータマップを予め用意しておき、このデータマップから基本温度を算出する。そして、この基本温度を、燃料噴射の増量に対応する補正分と、点火時期の遅角量に対応する補正分と、車速風により生じる温度低下に対応する補正分とに基いて補正することにより、触媒温度を推定的に算出することができる。
【００５０】
さらに、実施の形態１では、アルコール燃料としてエタノール燃料を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、メタノール等を含む他のアルコール成分にも広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  エンジン
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  クランク軸
１８  吸気通路
２０  排気通路
２２  スロットルバルブ
２４  触媒
２６  燃料噴射弁
２８  点火プラグ
３０  吸気バルブ
３２  排気バルブ
３４  ＥＧＲ機構
３６  ＥＧＲ通路
３８  ＥＧＲバルブ
４０  ＥＧＲクーラ
５０  クランク角センサ
５２  エアフローセンサ
５４  水温センサ
５６  空燃比センサ（空燃比検出手段）
５８  酸素濃度センサ（空燃比検出手段）
６０  触媒温度センサ
６２  アルコール濃度センサ（アルコール濃度検出手段）
７０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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